У ґрунті та процес гумусоутворення.

Потрапляючи до ґрунту, органічні рештки піддаються різним механічним, біохімічним і фізико-хімічним перетворенням.

Першим етапом перетворень є розклад органічних залишків. Він відбуваєть­ся за допомогою ґрунтової фауни, флори, мікроорганізмів. Органічні залишки при цьому втрачають свою анатомічну будову, складні органічні сполуки трансформуються в простіші і більш рухомі, тоб­то в проміжні продукти розкладу. Ці процеси мають біокаталітич-ний характер, оскільки відбуваються при участі ферментів.

Перша фаза розкладу органічних залишків - їх фізичне руйну­вання, подрібнення. Друга фаза - гідроліз органічних речовин: білки, наприклад, розщеплюються на пептиди, а потім - на амінокислоти; вуглеводи, такі як целюлоза, крохмаль - на моносахариди; уронові кислоти, жири - на гліцерин і жирні кислоти; лігнін, смоли, дубильні речовини - на ароматичні сполуки. Третя фаза розкладу - окисно-відновні процеси, що за допомогою ферменту оксиредуктази викли­кають повну мінералізацію органічних речовин: відбувається дезамі­нування амінокислот, декарбоксилування органічних кислот тощо.

Реакції дуже різноманітні, їх характер визначається умовами, складом органічного матеріалу. В аеробних умовах іде окиснення, в анаеробних - відновлення. В кінцевому вигляді амінокислоти міне­ралізуються до С0₂, Н₂0, оксиди азоту в аеробних умовах, у вугле­води - в анаеробних. Вуглеводи, приєднуючи кисень, перетворюються, спочатку в органічні кислоти, альдегіди, спирти, потім - у С0₂ та Н,0, а при нестачі кисню відбувається їх бродіння й утворюються метан, спирт, низькомолекулярні органічні кислоти. Аналогічні пе­ретворення до мінеральних речовин відбуваються з іншими проміжни­ми продуктами розкладу. Дуже швидко мінералізуються цукор, крох­маль, гірше - білки, целюлоза, погано - лігнін, смоли, воски.

Швидкість розкладу органічних залишків зменшується в анае­робних умовах аж до повного припинення його й утворення торфу. Більшість з органічних залишків окиснюється до вуглекислого газу та води. А менша частина проходить другий етап перетворень - гу­міфікацію, тобто синтез гумусних речовини. Рівень гуміфікації орга­нічних решток залежить від гідротермічного режиму, ботанічного та біохімічного складу решток, їх кількості.

Природа утворення гумусних речовин цікавила дослідників про­тягом усього періоду розвитку ґрунтознавства. За цей час було ви­сунуто кілька гіпотез походження гумусу. Значний внесок у вивчен­ня процесів гуміфікації зробили В.Р.Вільямс, U.M. Александрова, І.В.Тюрін, М.М. Кононова, Д.С.Орлов, М.І.Лакпгіонов та ін.

На сьогодні найбільш поширеними є дві концепції гумусоутво-рення. Конденсаційна (полімеризаційна) - розроблена М.М.Кононо-вою, В.Фляйгом. Засновники теорії стверджують, що гумусові речо­вини - це продукт конденсації структурних фрагментів, які утвори­лись в результаті первинного розкладу органічних сполук циклічно­го характеру (лігнін, дубильні речовини, смоли і т.п.). Одночасно відбувається полімеризація шляхом окиснення циклічних сполук фер­ментами типу фенолоксидаз через семихінони до хінонів і взаємо­дією останніх з амінокислотами та пептидами. На думку М.І.Лак-тіонова (1978), дискусійним залишається питання про участь в кон­денсації крупніших фрагментів лігніну та про подальше визрівання гумінових кислот як не тільки абіотичний процес.

Утворення молекули ГК при біокаталітичній конденсації хінонів з амінокислотами за Лактіоновим відбувається так:

Такий підхід пояснює будову міцел гумусових сполук як ко­лоїдних поверхнево-активних речовин: гідрофобне ядро органічного колоїду представлене агрегатом фенольної частини молекули, а зов­нішня гідрофільна частина - амінокислотною (пептидною) частиною макромолекул. Переважаючими іоногенними групами на поверхні таких молекул будуть - СООН, - NH_r

Концепція біохімічного окиснення розроблена Л.М.Александровою. За її визначенням, гуміфікація - складний біо-фізико-хімічний процес трансформації проміжних високомолекулярних продуктів розкладання органічних решток в особливий клас органічних спо­лук - гумусні кислоти. Провідне значення в процесі гуміфікації ма­ють реакції повільного біохімічного окиснення, у результаті яких ут­ворюється система високомолекулярних органічних кислот. Гуміфі­кація - тривалий процес, в результаті якого проходить поступова ароматизація молекул гумусових кислот не за рахунок конденсації, а шляхом часткового відщеплення найменш стійкої частини макро­молекули новоутвореної гумусової кислоти. Система гумусових кислот далі вступає в реакцію із зольними елементами рослинних залишків і мінеральної частини грунту. При цьому єдина система поступово розщеплюється на декілька фракцій за молекулярною масою, деталями будови молекули, ступенем розчинності. Отже в дуже загальному вигляді перетворення органічних залишків в ґрунті можна зобразити такою схемою (рис. 13).

Установлено, що швидкість і спрямованість гуміфікації зале­жать від багатьох факторів. Основними серед них є кількість і хімічний склад рослинних решток, водний і повітряний режими, склад ґрунтових мікроорганізмів, реакція ґрунтового розчину, грануломет­ричний склад ґрунту тощо. Певне співвідношення даних факторів і їх взаємодія зумовлюють певний тип гуміфікації органічних решток: фульватний, гуматно-фульватний,'фульватно-гуматний і гуматний.

Водно-повітряний режим ґрунту впливає на гуміфікацію так:

1) в аеробних умовах можливі такі варіанти: а) при достатній кількості вологи, температурі 25-30°С розклад і мінералізація йдуть інтенсивно, тому гумусу накопичується мало; б) при нестачі вологи утворюється мало органічної маси взагалі, сповільнюються її роз­клад і мінералізація, гумусу утворюється мало;

2) в анаеробних умовах при постійному надлишку води і нестачі кисню уповільнюється розклад органічних залишків, у результаті діяльності

анаеробних мікроорганізмів утворюються метан, водень, які пригнічують мікробіологічну активність, гумусоутворення дуже слабке, органічні залишки консервуються у вигляді торфу (болотні ґрунти);

3) чергування оптимальних гідротермічних умов із деяким періо­дичним висушуванням грунту - найбільш сприятливий варіант для гумусоутворення, йде поступовий розклад органічних залишків, до­статньо енергійна гуміфікація, закріплення гумусу в засушливі пе­ріоди (чорноземи).

Характер рослинності є потужним фактором, що впливає на гумусоутворення. Оскільки трав'яниста рослинність щорічно відми­рає, вона дає найбільший рослинний опад, в основному - безпосеред­ньо в ґрунті у вигляді кореневих залишків, що сприяє швидкому з'єднанню продуктів їх розкладу з мінеральною частиною й захисту від надлишкової мінералізації - вміст гумусу в грунті збільшується. Хімічний склад трав'янистої рослинності, багатої на білки, вуглево­ди, кальцій, сприяє її швидкому розкладу, утворенню м'якого гуму­су - найбільш цінного його типу. Дерев'яниста рослинність, збагаче­на восками, смолами, дубильними речовинами, які погано розклада­ються переважно грибною мікрофлорою, сприяє накопиченню дуже кислих продуктів розкладу решток, процеси йдуть переважно в лісовій підстилці, гумус утворюється грубий, накопичується у вер­хньому малопотужному горизонті.

Крім того, на гумусоутворення, його напрямок впливають кількість і склад мікроорганізмів, фізичні властивості, грансклад та хімічний склад грунту. Найкращі умови створюються в ґрунтах, багатих Ca, які мають близьку до нейтральної реакцію середовища, середній уміст мікроорганізмів, середній гранулометричний склад, добру оструктуреність.

Гумусові речовини розкладаються (мінералізуються) спеціаль­ними мікроорганізмами, особливо при наявності органічних речовин, що ще не гуміфікувались. Проте зауважимо, що розклад гумусу -процес довготривалий і потребує участі великої групи мікроор­ганізмів. Стійкість гумінових кислот пов'язана зі сферичною фор­мою молекул, що складаються з багатьох гетерогенних одиниць, які нерегулярно з'єднанні ковалентними зв'язками. Найбільш інтенсив­но відбувається мінералізація фульвокислот. Максимальна швидкість мінералізації спостерігається при оптимальних для мікроорганізмів вологості та температурі, зменшується при надлишковому зволо­женні, у важких ґрунтах. Особливо різке зменшення вмісту гумусу в ґрунті спостерігається при застосуванні високих доз азотних доб­рив. Це пов'язано з активацією ґрунтових мікроорганізмів, що вклю­чають у свої метаболічні цикли органічну речовину грунту. Здатність розкладати гумус притаманна багатьом мікроорганізмам, але провідна роль належить грибам і актиноміцетам (зокрема, но-кардіям). У процесі розкладу гумусових речовин вивільнюється ве­лика кількість елементів живлення рослин, особливо азоту.

Дата добавления: 2015-10-13